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編號
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題目： 基于Pro/E的便攜式手機充電器
上蓋的注塑模設(shè)計
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學(xué) 號： 0923225
學(xué)生姓名： 顧 亞 勵
指導(dǎo)教師： 曹亞玲 （職稱：講師）
（職稱： ）
2013年5月25日
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于Pro/E的便攜式手機充電器上蓋的注塑模設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械 95
學(xué) 號： 0923225
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 基于Pro/E的便攜式手機充電器上蓋的注塑模設(shè)計
2、專題
二、課題來源及選題依據(jù)
模具是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備，用模具生成制件所表現(xiàn)出來的高精度、高一致性、高生產(chǎn)率和低能耗是其他加工制造方法所不能比擬的。在江浙滬地區(qū)模具制造企業(yè)占有相當(dāng)大的比例，近年來，中國模具工業(yè)將繼續(xù)朝著信息化、數(shù)字化、精細(xì)化、自動化的方向發(fā)展。Pro/E作為CAD/CAM技術(shù)的主流軟件，其模具解決方案涉及模具的設(shè)計、制造的整個流程，從而在這些模具企業(yè)當(dāng)中獲得廣泛的應(yīng)用。作為區(qū)域經(jīng)濟所亟需的機械（模具）類專業(yè)人才，應(yīng)用型本科高校畢業(yè)生掌握此類的CAD/CAM軟件是相當(dāng)重要的一項技能。
本課題旨在通過對手機上蓋板產(chǎn)品的模具設(shè)計，鞏固學(xué)生模具設(shè)計和模具計算能力；通過對三維實體模型的模具設(shè)計使學(xué)生掌握注塑模設(shè)計方法，建立一套與產(chǎn)品造型參數(shù)相關(guān)的三維實體模具，最終使學(xué)生能夠利用所學(xué)知識獨立分析與解決設(shè)計過程中產(chǎn)生的實際問題，為今后工作打下一定的基礎(chǔ)。
三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
① 熟悉注塑模具發(fā)展歷程，以及當(dāng)前模具制造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。
② 能綜合運用所學(xué)的專業(yè)知識（如注塑模成型與模具設(shè)計）進行中等復(fù)雜程度模具的設(shè)計和計算。
③ 熟練掌握CAD/CAM軟件Pro/E的三維造型、模具設(shè)計的原理和方法。在Pro/E的模具設(shè)計模塊中設(shè)計成型零件。
④ 熟練掌握利用專家系統(tǒng)(燕秀)設(shè)計整套標(biāo)準(zhǔn)模架的流程和方法。
⑤ 根據(jù)三維模架生成手機上蓋板塑件注塑模的二維工程圖。
⑥ 論文正文依據(jù)充分正確，有一定見解，文字通順，條理清楚。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機械 95 班 姓名 顧 亞 勵
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
摘 要
本課題研究的是便攜式手機電源充電器上蓋注塑模設(shè)計。本設(shè)計對手機電源充電器上蓋零件進行了工藝分析，確定了手機電源充電器上蓋的分型面及成型方法。塑件的材料采用ABS，同時根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，設(shè)計了一模兩腔的注塑模具，然后重點闡述塑料手機電源充電器上蓋零件注塑模的主要內(nèi)容部分，主要有：根據(jù)年產(chǎn)量等確定型腔數(shù)目及校核，注塑機類型和規(guī)格選擇及有關(guān)工藝參數(shù)的校對，澆注系統(tǒng)的設(shè)計，成型零件設(shè)計，脫模機構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計，側(cè)抽芯機構(gòu)，冷卻機構(gòu)設(shè)計以及排氣系統(tǒng)設(shè)計。并對模具結(jié)構(gòu)與注塑機的規(guī)格進行了匹配校核。完成便攜式手機電源充電器上蓋板的注塑模具總體裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計和相關(guān)主要零件的設(shè)計。
關(guān)鍵詞 ：便攜式；手機電源充電器上蓋；側(cè)澆口；注塑模具
Abstract
This topic is the study of the portable mobile power charger cover injection mold design. In this paper, the mobile power charger cover parts are analyzed in technology, determined the mobile power charger cover forming method, using ABS plastic parts material, at the same time according to the production program, design a mold two cavity injection mouid, and then emphasis on mobile power charger cover plastic parts injection mold design, mainly include: determine the cavity number and checking, according to the annual selection types and specifications of injection molding machine and relevant process parameters of proofreading, the design of the gating system, molding parts design, mechanism design, demoulding mechanism, cooling mechanism design and the exhaust system design. Matching of mould structure and injection molding machine for checking. Complete portable mobile phone power charger cover overall equipment structure design of injection mold and parts design.
Key word：portable type; Mobile power charger on the cover; side gate;
plastic injection mould
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 1
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況[1] 1
1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 2
2 塑件材料與工藝分析 3
2.1 塑件工藝分析 3
2.1.1 設(shè)計塑件時必須考慮的問題[2] 3
2.1.2 尺寸和精度 3
2.1.3 塑件的圖形 3
2.1.4 塑件材料 4
2.2 型腔數(shù)目的確定 4
2.3 型腔數(shù)目的校核 4
3 塑件的體積估算和注射機型號的選擇 6
3.1 塑件體積 6
3.2 注射機的類型和規(guī)格選擇[3] 6
3.3 注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校對 7
3.3.1 注塑量 7
3.3.2 鎖模力 7
3.3.3 注射機壓力的校核 7
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 8
4.1 主流道的設(shè)計[4] 8
4.2 冷料井和拉料桿的設(shè)計 8
4.3 分流道的設(shè)計 8
4.4 澆口的設(shè)計 9
5 成型零部件的設(shè)計 11
5.1 分型面的確立 11
5.2 排氣槽的設(shè)計 11
5.3 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
5.3.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
5.3.2 凹模的工作尺寸計算 12
5.3.3 凹模的外形尺寸計算 15
5.3.4 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17
5.3.5 凸模的外形尺寸計算 18
6 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 20
6.1 導(dǎo)柱的設(shè)計 20
6.2 導(dǎo)套的設(shè)計 20
7 塑件脫模機構(gòu)的設(shè)計 22
7.1 推出機構(gòu)的設(shè)計[5] 22
7.2 復(fù)位的設(shè)計 24
7.3 模架的設(shè)計 24
8 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu) 26
8.1 側(cè)向抽芯機構(gòu)的確定 26
8.2 斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)設(shè)計原則 26
8.3 斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)相關(guān)參數(shù)的計算[6] 26
8.3.1 抽芯距離 26
8.3.2 斜導(dǎo)柱傾斜角α的選擇 27
8.3.3 斜導(dǎo)柱直徑的確定 27
8.4 滑塊的設(shè)計 27
8.4.1 滑塊形狀設(shè)計 27
8.4.2 滑塊定位裝置設(shè)計 28
8.4.3 導(dǎo)滑槽的設(shè)計 28
8.5 鎖緊塊的確定 29
8.5.1 鎖緊塊的設(shè)計要點 29
8.5.2 鎖緊塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29
9 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 30
9.1 冷卻管道計算及開設(shè)原則 30
9.1.1 冷卻道開設(shè)原則 30
9.1.2 冷卻管道的計算 30
10 結(jié)論與展望 32
10.1 結(jié)論 32
10.2 不足之處與展望 32
致 謝 33
參考文獻 34
V
基于Pro/E的便攜式手機充電器上蓋的注塑模設(shè)計
1 緒論
1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義
模具是汽車、電子、電器、航空、儀表、輕工、塑料、日用品等工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。沒有模具，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品。用模具加工的零件，具有生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、節(jié)約材料、成本低等一系列優(yōu)點。因此已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。因此，模具技術(shù)，特別是制造精密、復(fù)雜、大型模具的技術(shù)，已成為衡量一個國家機械制造水平的重要標(biāo)志之一。
自改革開放以來，到目前為此制造業(yè)在中國國民經(jīng)濟中占的比重已占到45%，制造業(yè)部門成為GDP增長的主要支撐力量。
目前世界模具市場供不應(yīng)求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數(shù)量極少，但中國模具鉗工技術(shù)水平高，勞動成本低，只要配備一些先進的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著特別重要的意義。
現(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)，資金密集性的行業(yè)，模具行業(yè)的發(fā)展，可以帶動制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著輻射性的影響。
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況[1]
隨著計算機軟件的發(fā)展和進步，CAD/CAE/CAM技術(shù)也日臻成熟，其現(xiàn)代模具中的應(yīng)用將越來越廣泛。利用先進的CAD/CAM/CAE技術(shù)進行模具的設(shè)計與制造，不僅省時省力，實現(xiàn)了無圖紙化加工，而且制品的準(zhǔn)確性，減少了試模的次數(shù)，縮短模具的設(shè)計及生產(chǎn)周期。模具制造技術(shù)將向集成化、智能化、益人化、高效化方向發(fā)展。最為重要的是保證了模具使用壽命。
模具制造技術(shù)迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分。在塑料成型生產(chǎn)中，先進的模具設(shè)計、高質(zhì)量的模具制造、優(yōu)質(zhì)的模具材料、合理的加工工藝和現(xiàn)代化的成型設(shè)備等是成型優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件。一副優(yōu)良的注射模具可以成型上百萬次，一副優(yōu)良的壓縮模具可以成型25萬次以上，這與上述因素有很大的關(guān)系。具體表現(xiàn)在模具的CAD/CAM技術(shù)，模具的精密成形技術(shù)，模具的超精密加工技術(shù)，模具的激光快速成型技術(shù)，模具在設(shè)計中采用有限元法、邊界元法進行流動、冷卻、傳熱過程的動態(tài)模擬技術(shù)，模具的CIMS技術(shù)，已在開發(fā)的模具DNM技術(shù)以及數(shù)控技術(shù)等先進制造技術(shù)方面。
由于塑料模具工業(yè)快速發(fā)展及上述各方面差距的存在，因此我國今后塑料模具的 發(fā)展必將大于模具工業(yè)總體發(fā)展速度。塑料模具生產(chǎn)企業(yè)在向著規(guī)?；同F(xiàn)代化發(fā)展的同時，“小而專”、“小而精” 仍舊是一個必然的發(fā)展趨勢。從技術(shù)上來說，為了滿足用戶對模具制造的“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求，以下的發(fā)展趨勢也較為明顯。
一方面發(fā)展專業(yè)模具廠的技術(shù)優(yōu)勢，使之進一步提高對某一類模具的設(shè)計制造水平；另一方面要不斷采用新技術(shù)、新工藝，提高模具產(chǎn)品的技術(shù)含量。要提高我國的模具技術(shù)水平，必須在以下方面加大努力：
1、開發(fā)精密、大型、復(fù)雜、長壽命的模具，實現(xiàn)模具國產(chǎn)化；
2、.加速模具標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、商品化生產(chǎn)；
3、大力發(fā)展CAD／CAM／CAE、RPM等先進模具設(shè)計和制造技術(shù)；
4、加大人才培養(yǎng)的力度，使他們盡快掌握模具設(shè)計和制造中的先進技術(shù)。
1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求
模具畢業(yè)設(shè)計是模具專業(yè)最為重要的環(huán)節(jié)之一，同時它也是最后的一個關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)。它是由學(xué)生過渡到生產(chǎn)的一步，由學(xué)校走向工廠的橋梁。是我們第一次系統(tǒng)地把所學(xué)理論應(yīng)用在實際生產(chǎn)。通過此次的畢業(yè)設(shè)計制造的各個環(huán)節(jié)有了更加深入明確的了解從而培養(yǎng)和提高設(shè)計的能力。
畢業(yè)設(shè)計的目的有兩個，第一個目的是讓我們掌握模具設(shè)計的基本技能，如繪圖，計算，查閱設(shè)計資料和手冊。熟悉國標(biāo)和各種標(biāo)準(zhǔn)的能力，能夠熟練運用三維軟件進行繪圖。第二個目的是了解和掌握模具設(shè)計與制造的工藝，從而獨立的設(shè)計一般的塑料模具，為走出學(xué)校走向社會打下基礎(chǔ)。
本人設(shè)計的這副模具是塑料成型模具，塑料手機外殼塑料模具設(shè)計，這是一種方形狀的塑料外殼。在設(shè)計過程中我是按照循序漸進的方法，嚴(yán)格按照設(shè)計要求去做，力求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)合理，在保證合乎塑料件要求的同時，力求結(jié)構(gòu)簡單。但是由于本人的實踐經(jīng)驗不足，因此考慮的問題可能有些地方不是很全面，設(shè)計中難免會出現(xiàn)錯誤，還望各位老師和同學(xué)指正。在此，我在這里衷心的感謝導(dǎo)師對我的指導(dǎo)和同學(xué)對我的幫助。
2 塑件材料與工藝分析
2.1 塑件工藝分析
2.1.1 設(shè)計塑件時必須考慮的問題[2]
①塑料的物理機械性能，如強度，彈性，剛性，吸水性等。
②塑料的成型工藝性。
③塑料成型所導(dǎo)致沖模流動，排氣 ，補縮等。
④塑件在成型后的收縮情況以及收縮率差異等。
⑤模具的總體結(jié)構(gòu) ，以及脫模的復(fù)雜程度。
⑥模具零件的形狀和制造工藝。
塑件的設(shè)計主要包括塑件的形狀，尺寸，精度，壁厚，表面光潔度，斜度，以及塑件上的加強筋等的設(shè)計。
2.1.2 尺寸和精度
塑料的尺寸精是指所獲得的塑件尺寸與產(chǎn)品要求尺寸的符合程度，即所獲塑件尺寸的準(zhǔn)確度。影響塑件尺寸精度的因素十分復(fù)雜，首先是模具制造的精度和塑件收縮率的波動，其次是模具的磨損程度。另外，在成型時工藝條件的變化、塑件成型后的時效變化、塑件的飛邊等都會影響塑件的精度。因此，塑件尺寸精度的確定應(yīng)該合理選擇，盡可能選用低精度等級。
由于該塑件是方形外殼，所以尺寸和精度要求不是很高，所以經(jīng)分析選擇一般精度等級3級精度。
2.1.3 塑件的圖形
該塑件形狀雖然有不規(guī)則輪廓，但在分模方向沒有阻礙，容易模塑，所以采用單分型面，而且該塑件外表面本身帶有一定的斜度，這樣也更易脫模。
圖 2.1 塑料件
圖 2.2 塑料件
2.1.4 塑件材料
該塑件采用ABS樹脂，起成型特點流動性中等，吸濕性打算，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件必須經(jīng)過長時間的預(yù)熱干燥，溢邊值0.04mm，適合取高料溫，高模溫，但是料溫過高容易分解，對精度的要求較高的塑件，模溫適合取50~60 °C，對光澤，耐熱塑件，模溫取60~80 °C。注射壓力高于聚苯乙烯。用螺桿式注射機成型時，料溫為180~230 °C。注射壓力也比較大。而且有很好的抗沖擊強度和良好的機械強度以及一定的耐磨性。收縮率為0.3%~0.8%。質(zhì)量密度為1.14 g/cm2。
確定型腔數(shù)目應(yīng)考慮技術(shù)和經(jīng)濟兩方面的因素，這些因素包括注射機的規(guī)格、塑件質(zhì)量要求、成本及交貨周期等。在本次畢業(yè)設(shè)計中要求是年產(chǎn)量40萬件，屬于中批量生產(chǎn)，所以初步確定采用多型腔模具。
2.2 型腔數(shù)目的確定
在這一年時間里采用三班倒制度即一天實際工作時間為20個小時，每個月
實際工作日為22天，所以一年實際工作時間為：
s
從表中可知ABS的成型周期是40～70 s，取成型周期為55s。所以該塑件的成型時間為：
但考慮到生產(chǎn)中的一些其他因素，例如清潔模具等，所以將成型時間適當(dāng)?shù)姆砰L至80s。
所以型腔數(shù)量為：
取 N=2
2.3 型腔數(shù)目的校核
按注射機的額定塑化速率確定型腔的數(shù)量
（2.1）
式中 ——型腔數(shù)目；
——單個塑件的質(zhì)量或體積， 或；
——澆注系統(tǒng)凝料的塑件質(zhì)量或體積， 或；
——注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8左右，視設(shè)備的
新舊而取值；
M ——注射機的額定塑化量，或；
轉(zhuǎn)化后有 ≤（0.8×30—17）/4.58 ≈ 1.53
取整數(shù) = 2
由此可知 = 2符合要求。
3 塑件的體積估算和注射機型號的選擇
3.1 塑件體積
從幾何方面計算
V澆=+×2 （3.1）
V澆=+3.14×26×222
= 6813.8 + 653.12
= 7466.92mm3
根據(jù)三維軟件模型分析計算得體積
V塑件 = 4.5844cm3
由此初步確定此模具為一模兩腔，即n=2，故所有的總體積為
V總=4.58×2 + 7.5
= 16.66 ≈ 17cm3
因為ABS的平均密度為 p=1.14g/cm3
∴M全 = P V (3.2)
=1.14 × 17
= 19.38 g
式中 V塑件——單個塑料零件的體積；
V澆——表示交流道;分流道和澆口等澆注系統(tǒng)所需塑料體積；
V總——表示塑件所需塑料的體積；
V ——表示整個臂蓋的塑料實心體積。
3.2 注射機的類型和規(guī)格選擇[3]
注射機的類型和規(guī)格有很多，按結(jié)構(gòu)形式可分為機的類型和規(guī)格有很多，按結(jié)構(gòu)形式可分為立式，臥式和直角式三類，國產(chǎn)臥式注射機一標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。這三類不同的結(jié)構(gòu)形式的注射機的特點如下：
立式注射機的螺桿垂直裝設(shè)，鎖模裝置推動動模板也沿垂直方向移動，優(yōu)點是占地面積小，安裝或拆卸小型模具很方便，容易在動模上安放嵌件，嵌件不容易傾斜或墜落。缺點是制品自模中頂出后不能靠重力下落，需要靠人工取出，有礙于全自動操作。此類是注射機注射量一般均在60克以下。
臥式注射機是目前使用最廣，產(chǎn)量最大的注射成型機，其注射柱塞與螺桿合模運動均沿水平方向布置，并且多數(shù)在一條線上（或相互平行。優(yōu)點是機體比較低，容易加料和操作，制件頂出模具后可自動墜落，所以容易實現(xiàn)全自動操作，機床中心比較低，安裝穩(wěn)妥。其缺點是模具的安裝比較麻煩，嵌件放入模具有傾斜或下落的可能，機床的占地面積大。
直角式注射機的注射螺桿或柱塞與合模運動方向相互垂直，這種注射機的重要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于自制，適合單件生產(chǎn)，中心不允許留有澆口痕跡的平面制件，同時長利用開模時絲桿的轉(zhuǎn)動來拖動螺紋型芯或螺紋型環(huán)旋轉(zhuǎn)，以便脫下塑件。缺點是機械傳動無準(zhǔn)確可靠的注射和保壓壓力和鎖模力，模具受沖擊震動比較大。
根據(jù)注射機注射成塑件所用的塑料起量，選擇最少不小于20g的柱塞式注塑機，選擇注射機為XS-Z-30，其工藝參數(shù)見表3-1。
表3-1 注塑機工藝參數(shù)
注射機的工藝參數(shù)表
額定注射量
30cm3
螺桿直徑
28mm
注射壓力
119M Pa
注射行程
130 mm
鎖模力KN
250KN
最大成型面積
90cm2
最大開模行程
160mm
模具最大厚度
180mm
模具最小厚度
60mm
3.3 注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校對
3.3.1 注塑量
（3.3）
既注射機的最大澆注射程大于注射機所注射及塑件所需容量。
3.3.2 鎖模力
（3.4）
= 89cm2 ＜ 250cm2
式中 A——表示澆注塑料和塑件的最大投影面積。
故符合設(shè)計要求 根據(jù)公式P腔A ≤ P鎖 ， A=89cm2
P腔：F=2×89 = 178KN＜250KN
既型腔投影面積所需鎖模力小于注射機的額定鎖模力p
3.3.3 注射機壓力的校核
塑料成型壓力p成≤p澆
p成 = 302（30Pa）≤ 119Mpa （3.5）
即：塑件的注射壓力小于注射機額定壓力。
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
4.1 主流道的設(shè)計[4]
在臥式注射機的模具中，主澆道應(yīng)設(shè)計成垂直的分型面，為了使凝料從主流道拔出，故設(shè)計成圓錐形，要有2°到6°的錐角，內(nèi)壁有0.8um以上的粗糙度，其小端直徑常見為4mm~8mm，看制品重量和補料需要而定，但是小端直徑應(yīng)大于噴嘴直徑約1mm，否則主流道中的凝料將無法順利脫出，主流道的 長度由定模板厚度而定的。由于主流道要與高溫的塑料和噴嘴反復(fù)的接觸和碰撞，所以模具的主流道部分常設(shè)計成可以拆卸更換的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材進行加工和熱處理，主流道與噴嘴接觸處多作成半球形的凹坑，二者嚴(yán)密的配合，以避免高壓以至塑料從縫隙處溢出。一般凹坑的半徑R2應(yīng)比R1大1~2mm。主流道襯套大端的圓凸出定模端面5~10mm，并與注射機定模板的定位孔成功配合，起定位環(huán)作用，所以設(shè)計成為圖4.1所示。
圖4.1 主澆道
4.2 冷料井和拉料桿的設(shè)計
臥式注射機用模具的冷料井，設(shè)立在主流道正對面的動模上，該模具采用反錐度冷料井的形式，它的后面設(shè)置有推桿，分型時靠動模板上的反錐度穴的作用將主流道凝料拉出澆口套，推出時靠后面的推桿強制地將其推出。所以在制件頂出時，冷料也一同被頂出。并且制造也方便。
4.3 分流道的設(shè)計
該模具是一模兩腔，所以要設(shè)計分流道，塑料沿分流道流動時，要求通過它盡快地充滿型腔，從前兩點出發(fā)，分流道應(yīng)該短而粗，但是不能太粗，該模具采用圓形斷面分流道，因為這樣分流道易與機械加工，分流道尺寸視該塑件的大小和塑料品種，注射速率，以及分流道長度而定，對多數(shù)塑料，分流道直徑為4mm，該模具分流道的布置采用平衡式分布。
見圖4.2所示。
圖4.2 分流道
4.4 澆口的設(shè)計
澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的通道。它是整個澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵的部位，也是最薄點。其形狀、大小及位置應(yīng)根據(jù)塑件大小、壁厚、形狀、成型材料及塑件技術(shù)要求等進行而確定。澆口分限制性澆口和非限制性澆口，該塑件采用的是限制性澆口，它一方面通過截面積的突然變化，使分流道輸送來的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，有利于塑料進入，使其充滿型腔。另一方面改善塑料熔體進入型腔的流動特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時充滿，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質(zhì)量，同時還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑件分開的作用。
ABS具有良好的力學(xué)性能，它適用于采用側(cè)澆式澆口，塑件從邊緣進料，能夠提高生產(chǎn)率，并去除澆口方便，有利于熔體流動和補縮口，有利于型腔內(nèi)氣體的排出，減少塑件熔接痕，增加熔接強度。它在推出時，由于澆口及分流道成一定角度，形成了能切斷澆口切口，這一切口所形成的剪切力可以將澆口自動切斷。
澆口的位置的確定：
設(shè)計中，澆口的位置及尺寸的要求是比較嚴(yán)格的，初步試模，必要時還需要修改。因此澆口的位置的開設(shè)，對成型性能及成型質(zhì)量有很大的影響。一般在選擇澆口位置時，需要根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝及特征，成型質(zhì)量和技術(shù)要求，綜合分析。一般要滿足以下原則：
① 盡量縮短流動距離；
② 澆口應(yīng)開設(shè)在塑件的壁厚處；
③ 考慮分子定向的影響；
④ 避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；
⑤ 減少熔接痕提高熔接強度；
⑥ 避免產(chǎn)生噴射和蠕動；
⑦ 避免在承受彎曲沖擊載荷的部位設(shè)置澆口；
⑧ 澆口位置的選擇應(yīng)考慮塑件的外觀質(zhì)量。
經(jīng)過仔細(xì)的考慮，該塑件是等壁塑件，又為了不影響塑件的外觀，該塑件采用側(cè)澆口，它能保證塑料迅速而且均勻充滿型腔。而且還有利于氣體的排除。
澆注系統(tǒng)的平衡：
該塑件是屬于小型塑件，采用一模兩腔，這樣有利于提高生產(chǎn)效率。但是在設(shè)計時是否能同時達(dá)到充滿型腔的目的。這就要對澆注系統(tǒng)的平衡。若澆口平衡則可以得到良好的物理和較高精度尺寸的塑件。
澆口的形狀和尺寸對制件影響很大，模具為側(cè)澆口。側(cè)澆口是一種尺寸很小的澆口。澆口的寬度為1.5~3mm，視物料性質(zhì)和制件重量而定。臺階長度為2~3mm。澆口的形式如圖4.3所示。
圖4.3側(cè)澆口
5 成型零部件的設(shè)計
5.1 分型面的確立
打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)的凝料的面，稱之為分型面。分型面的設(shè)計它受到塑件的形狀、壁厚、和外觀、尺寸精度、及模具型腔的數(shù)目等諸多因素的影響。該注塑體為方形殼類，而確定分型面時，由于塑件在型腔中的方位和形狀，故采用單分型面。
型腔的布局：
圖5.1 型腔的排布
由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，因而型腔的排布在設(shè)計中加以綜合考慮。型腔的排布應(yīng)使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從壓力中等分所得的足夠壓力，以保證塑件熔體同時均勻地充滿每個型腔。該模具采用的平衡式，其結(jié)構(gòu)裝配圖所示。
分型面設(shè)計：
該模具采用的是單分型面的模具，其分型分面的設(shè)計原則就滿足以下幾項原則：
（1）塑件的脫模；
（2）保證的塑件的質(zhì)量。該模具采用在最大圓周上，保證了塑件的外觀；
（3）便于模具加工，該模具采用在圓周上分型，模具的型腔容易在電火花
上加上，型芯也易于加工；
（4）對成型面積的影響；
（5）對排氣效果的影響；
該模具的成型面的設(shè)計可以見裝配圖，它基本符合上述要求。
5.2 排氣槽的設(shè)計
當(dāng)塑料熔體注入型腔時，如果型腔內(nèi)原有氣體不能順利排出，就將在制品上形成氣孔、凹陷、熔接不牢、表面輪廓不清晰等缺陷，因此，設(shè)計型腔就一般要考慮排氣的問題，但是該模具是采用分型面和嵌件的縫隙排氣，故不特意開設(shè)排氣槽。
5.3 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
成型零件主要包括型腔，型芯，各種形環(huán)的設(shè)計，由于型腔直接關(guān)系到塑件的質(zhì)量，因此要求有足夠的強度，剛度，硬度和耐磨性，還要有受塑料的擠壓和料流的摩擦力，所以要求成型零件要有足夠的精度和表面光潔度，一般光潔度在0.8um以上，以保證所需的塑料產(chǎn)品的質(zhì)量以及脫模方便。
5.3.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖5.2 凹模實體圖
該模具是采用整體嵌入式，采用好的鋼材模具耐用并方便更換。
5.3.2 凹模的工作尺寸計算
型腔的工作尺寸計算。所謂工作尺寸就是指成型零件上直接用以成形塑件部位的尺寸。它主要包括型腔的徑向尺寸、型腔的深度、中心距等尺寸。它受到塑件的尺寸精度的影響。型腔在使用過程中因磨損會使其尺寸逐漸增大，為了使模具留有修模得余地，在設(shè)計模具時，型腔尺寸盡量取下限尺寸，制造公差取上偏差。
5.3.2.1 凹模型腔的徑向尺寸計算
型腔徑向尺寸計算公式為：
(5.1)
式中 ———模具型腔的徑向公稱尺寸，mm；
———塑料的平均收縮率，%；
———塑件外形的徑向公稱尺寸，mm；
———模具制造公差，取塑件相應(yīng)尺寸公差的1/3，mm；
△———塑件外形徑向尺寸的公差，mm。
———修正系數(shù)，=0.5—0.75，當(dāng)塑件尺寸較大、精度要求低時取
小值；反之取大值。這里取=0.7。
查表得ABS塑料的最小收縮率為0.3%，最大的收縮率為0.8%，由公式得，得為0.55%，至于塑件的精度，選擇MT3級，當(dāng)塑件的基本尺寸不同時Δ會有變化，模具制造公差取塑件相應(yīng)尺寸公差的1/3，即δz=Δ/3，因塑件的徑向基本尺寸為104mm 、86.7mm 、42mm 、13mm 、￠14mm 、￠12mm和 2mm ，則δz值分別為0.58mm、0.52mm 、0.36mm、0.18mm、0.18mm、0.18mm、0.2mm和0.12mm將上面的數(shù)據(jù)代入公式。
型腔徑向104mm端工作尺寸的計算：
mm
型腔68.7mm端工作尺寸的計算：
mm
型腔矩形長42mm的工作尺寸的計算：
mm
型腔矩形寬13mm端工作尺寸的計算：
mm
型腔橢圓長16mm的工作尺寸的計算：
mm
型腔橢圓寬2mm端工作尺寸的計算：
mm
型腔孔￠14mm的工作尺寸的計算：
mm
型腔孔￠12mm端工作尺寸的計算：
mm
5.3.2.2 凹模型腔的深度尺寸計算
型腔深度尺寸計算公式為:
（5.2）
式中 ——凹模深度公稱尺寸，mm；
塑件高度尺寸為30mm，平均收縮率S取0.55%，取0.2mm，模具制造公差取塑件相應(yīng)尺寸公差的1/3，即δz=/3。將上面的數(shù)據(jù)代入公式：
5.3.3 凹模的外形尺寸計算
塑料模型腔壁厚及底板厚度的計算是模具設(shè)計中經(jīng)常遇到的重要問題，尤其在大型模具設(shè)計中這種問題更為突出。目前許多單位都憑經(jīng)驗決定，但常因估計不準(zhǔn)確而造成模具報廢或材料浪費。為此，建立科學(xué)的計算方法非常必要。目前常用的計算方法有按強度和按剛度條件計算兩大類，但實際的塑料模具卻要求既不允許因強度不足而發(fā)生明顯變形，甚至破壞，也不允許因剛度不足而發(fā)生過大變形。因此在模具設(shè)計中要求對強度及剛度加以合理考慮。
在塑料模塑過程中，型腔所承受的力是十分復(fù)雜的。就注射模而論，型腔所受的力有塑料熔體的壓力、合模時的壓力以及開模時的拉力等，其中最主要的是塑料熔體的壓力。在塑料熔體的壓力的作用下，型腔將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及變形。如果型腔壁厚和底板厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過型腔材料的許用應(yīng)力時，型腔即發(fā)生強度破壞。與此同時，剛度不足則發(fā)生過大的彈性變形，從而產(chǎn)生溢料和影響塑件尺寸及成型精度，也可能導(dǎo)致脫模困難等?？梢娔＞邔姸群蛣偠榷加幸?。
但是，理論分析和實踐證明，模具對強度及剛度的要求也并非要同時兼顧。對大尺寸型腔，剛度不足是主要矛盾，應(yīng)按剛度條件計算型腔壁厚和底板厚度；對小尺寸型腔，強度不夠則是主要矛盾，應(yīng)按強度條件計算型腔壁厚和底板厚度。強度計算的條件是滿足各種受力狀態(tài)下的材料許用應(yīng)力。剛度計算的條件則由于模具的使用狀態(tài)，可以從下幾個方面加以考慮：
(1) 要防止溢料，
(2) 應(yīng)保證塑件精度，
(3) 要有利于塑件的脫模。
由于本設(shè)計的模具有側(cè)抽芯機構(gòu)，所以采用局部鑲嵌式型腔結(jié)構(gòu)，簡化了復(fù)雜凹模的加工工藝，減少了熱處理變形，拼合處有間隙利于排氣，便與模具維修，節(jié)省了貴重的模具鋼。為了保證組合式型腔尺寸精度和裝配的牢固，減少塑件上的鑲拼痕跡，對于鑲塊的尺寸，形狀位置公差要求較高，組合必須牢靠，鑲塊的機械加工工藝性要好。
5.3.3.1 凹模的型腔側(cè)壁厚度尺寸計算
當(dāng)p = 50Mpa、H1/H=4/5、[]=0.05mm、[]=160Mpa時，側(cè)壁長邊l的剛度計算與強度計算的分界尺寸為370mm。即當(dāng)l>370mm時按剛度條件計算側(cè)壁厚度，反之按強度條件計算側(cè)壁厚度。因為本設(shè)計p<50Mpa，l=l04<370，所以本設(shè)計亦可按強度條件計算側(cè)壁厚度。
（5.3）
式中 S——矩形型腔側(cè)壁厚度，mm；
P——模腔最大內(nèi)熔體壓力（Mpa）；可取注射成形壓力的25％～50％，
P取30Mpa；
H1——承受熔體壓力的側(cè)高度，H1取30mm；
L——型腔側(cè)壁長邊長，mm。
H———型腔側(cè)壁總高度，mm。
[]——模具材料許用應(yīng)力（Mpa）；
把數(shù)據(jù)代入公式：
=
=24.3 mm
考慮安全因素，將兩邊各增加2 mm，則可設(shè)計為凹模型腔側(cè)壁厚度28 mm。
5.3.3.2 凹模的型腔底板厚度尺寸計算
當(dāng)p=50Mpa、b/B=1/2、[]=0.05mm、[]=160Mpa時，強度與剛度計算的分界尺寸L=108mm。即L>108mm時按剛度條件計算底板厚度，反之按強度條件計算底板厚度。本設(shè)計p<50Mpa，亦可直接用強度條件計算。
按強度條件計算 簡支梁的最大彎曲應(yīng)力也出現(xiàn)在板的中間最大變形處，按強度條件計算，型腔底板厚度為：
（5.4）
式中 h——矩形底板（支撐板）的厚度，mm；
——由模腳（墊塊）距離之間和型腔短邊長度l/b決定的系數(shù)，取0.468；
P——模腔那最大熔體壓力（Mpa）；可取注射成形壓力的25％～50％；
P取30Mpa；
b——型腔側(cè)壁短邊長，b取247.5mm；
[] ——模具強度計算得許用應(yīng)力（Mpa）；一般中碳鋼[]＝300Mpa。
代入數(shù)據(jù)
24.69 mm
所以可設(shè)計型腔的底板厚度取25mm。
5.3.4 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
型芯是用成型塑料內(nèi)表面的零件。二者并沒有嚴(yán)格的區(qū)分，該模具的型芯；而且是一模2腔具有側(cè)抽芯機構(gòu)，所以該模具采用嵌入式的型芯，采用好的鋼材模具耐用并方便更換。
圖5.3 凸模
5.3.5 凸模的外形尺寸計算
塑件孔的徑向基本尺寸是最小尺寸，其公差為正偏差，型芯的基本尺寸是最大尺寸，制造公差為負(fù)偏差，經(jīng)過與上面型腔徑向尺寸相類似的推導(dǎo)，可得：
（5.5）
式中 ——模具型芯徑向基本尺寸；
——塑件內(nèi)表面的徑向尺寸；
——塑件內(nèi)表面徑向基本尺寸的公差；
——模具制造公差。
由于相應(yīng)條件在計算凹模時已闡述，且凹模所知基本尺寸為84.2mm 、101.5mm、19.75mm、28.75mm、30mm、15.45mm、16mm、2mm、￠14mm、￠12mm、￠4mm。
則查表可得相應(yīng)的等級公差以此為0.52mm、0.58mm、0.44mm、0.48mm、0.28mm、0.38mm、0.4mm、0.2mm、0.12mm、0.18mm、0.14mm將這些數(shù)據(jù)以此帶入公式計算可得
型芯徑向尺寸84.2mm為：
=mm
型芯徑向尺寸101.5mm為：
=mm
型芯徑向尺寸19.75mm為：
=mm
型芯徑向尺寸28.75mm為：
=mm
型芯徑向尺30mm為：
=mm
型芯徑向尺寸15.45mm為：
=mm
型芯徑向尺寸16mm為：
=mm
型芯徑向尺寸2mm為：
=mm
型芯徑向尺寸￠14mm為：
=mm
型芯徑向尺寸￠12mm為：
=mm
型芯徑向尺寸￠4mm為：
=mm
6 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
6.1 導(dǎo)柱的設(shè)計
導(dǎo)向機構(gòu)對于塑料模具來說是必不可少的部件，因為在模具的閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須有導(dǎo)向機構(gòu)，導(dǎo)向機構(gòu)主要有定位，導(dǎo)向，受一定的側(cè)壓力，一般的導(dǎo)柱所露出在分型面上的長度要比型芯高6-8mm，以避免導(dǎo)柱型芯先進入型腔與其碰撞而損壞型腔和型芯。至于配合精度問題一般采用過度配合，導(dǎo)柱裝入模板多用二級精度第二種過渡配合，硬度達(dá)到HRC50-55，粗糙度要求為，該模具所采用的是如下圖所示：
圖6.1 導(dǎo)柱
6.2 導(dǎo)套的設(shè)計
為了使導(dǎo)柱進入導(dǎo)套比較順利，在導(dǎo)套的前端倒一圓角，且導(dǎo)柱孔為通孔，這樣容易排氣，材料用T8A，使其硬度應(yīng)低于導(dǎo)柱硬度，這樣就可以減少摩擦，以防止導(dǎo)柱或?qū)桌?dǎo)套的精度與配合，是采用二級精度過渡配合壓入定模模板。樣式見如下圖：
圖6.2 導(dǎo)套
導(dǎo)柱布置見圖如下：
圖6.3 導(dǎo)柱布置
7 塑件脫模機構(gòu)的設(shè)計
7.1 推出機構(gòu)的設(shè)計[5]
使塑件從成型零件上脫出的機構(gòu)稱之為推出機構(gòu)。本副模具是通過注塑機的合模機構(gòu)，把力傳給推板，然后通過通過固定板，再通過推桿，最后傳給推件板，把塑件推出的。推出零件常分為推件板、推桿、推管、成型推桿等。此副模具所設(shè)計的塑件是屬于薄壁塑件，而且在推出時不允許有推出痕跡，所以該模具采用推件板推出，這樣有利于保證塑件的精度。此模具的設(shè)計也要滿足一般推出機構(gòu)的設(shè)計原則：塑件滯于動模一側(cè)，這樣有利于設(shè)計推出推出機構(gòu)，以致于使模具結(jié)構(gòu)簡單、防止塑件變形、力求良好的塑個外觀、結(jié)構(gòu)可靠、脫模時工作可靠，運動平穩(wěn)，制造方便，更換容易。
脫模力的計算：
=( f ×cos—sin) /（1+f×cossin） （7.1）
因?qū)嶋H上摩擦系數(shù)f較小，sin更小，cos也小于1，故忽略 fcossin，式 （7.1）簡化為
=A×p（f×cos—sin） （7.2）
式中 ——脫模力（推出力）；
——塑件對型芯的包緊力；
A——塑件包絡(luò)型芯的面積；
f——為制品對型芯之間的靜摩擦因數(shù)；
——脫模斜度；
P——塑件對型芯單面積上的包緊力，一般情況下，模外冷卻的塑件，p取；模內(nèi)冷卻的塑件，p取。查表可知 f=0.21 已知=
1°，p取中間值，A=3990mm2代入公式（7.2）
=3990××（0.21cos1°—sin1°）
=76.8 N
脫模力要少于模外脫出的脫模力。但模內(nèi)脫模容易使塑件容易變形，因此該模選用模外脫模。
此副模具采用簡單推出機構(gòu)。它需要設(shè)計推桿、推件板、推桿固定板、推板等的設(shè)計。
推桿的設(shè)計：此模具由于塑件是箱蓋形件，各處的脫模力由于接觸面積是不一樣的，各處的高度不是統(tǒng)一的，為了各處平衡，設(shè)計推桿時應(yīng)均勻布置推桿。這樣使系統(tǒng)就顯得比較平衡了，增加了推桿的壽命。推桿的直徑的設(shè)計，其尺寸和結(jié)構(gòu)如下圖:
圖7.1 推桿
推桿在推推件板時，應(yīng)具有足夠的剛性，以承受推出力，條件充許的話，盡可以把推桿的直徑設(shè)得大一點。經(jīng)過仔細(xì)的推算，選推桿的直徑為2 mm，為了保持推桿在工作時具有一定的穩(wěn)定性，把它進行校核。直徑見下式
d = K(L×F/n E)
=1.5(1462×76.8/12×2.1x105)?≈1.35 <2 (7.3)
式中 d——為推桿的最小直徑，mm。
K——為安全系數(shù)，可取K=1.5;
L——為推桿長度，mm；
F——為脫模力，N;
n——為推桿數(shù)目；
E——為剛材的彈性模量，Mpa 。
取直徑為2 mm ,已經(jīng)足夠了。
進行強度校核：
=4F / nπd2 []
=4x76.8/(12x3.14x22) （7.4）
≈ 2.03 < []
說明它的強度是滿足的。
式中 σ ——為推桿所受力的應(yīng)力，Mpa。
[ σ]——表示推桿材料的許用應(yīng)力，Mpa。
推桿的材料選用T10A，淬火處理。
推桿的固定形式，推桿直徑與模板上的推桿孔采用H8/f8的間隙配合。推桿的工作端面的配合部分的表面粗糙度Ra為0.8 um。
推件板的由一塊與型芯按一定的配合精度相配合的模板，它是在塑件的周邊端面上進行推出，因此，作用面積大，推出力大，且均勻，運動平穩(wěn)，并且在塑件上沒有推出痕跡。推件應(yīng)與型芯呈錐面配合，這樣可以降低運動磨擦，推件板與型芯的配合，以不產(chǎn)生溢料為準(zhǔn)，否則推件板復(fù)位困難，并且有可能造成模具損壞。推件板復(fù)位后，推板與動模座板之間應(yīng)有2~3mm的空隙。
對于推件板，雖然推出的效果要比推桿好，但是當(dāng)型芯和推件板的配合不好，則在塑件上會出現(xiàn)毛刺，而且塑件還有可能會滯在推件板上。在推出過程中，由于推件板和型芯有磨擦，所以推件板也必須進行淬火處理，以提高其耐磨性。推件板的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)到230~270HB，提高其耐磨性。
推桿固定板它只要滿足它的強度和剛度則就可以滿足需要。它的粗糙度要求可以比較低。它是起到固